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先进制造技术概论结课论文敏捷制造及其发展摘要 敏捷制造是全球经济一体化时代打造高效企业的重要手段，是一门新兴的先进制造技术。本文从敏捷制造产生的背景、内涵、关键的因素与技术、现状与发展、及其所带来的社会效应展开简单的阐述。关键词 先进制造技术 敏捷制造 并行工程 动态联盟1引言一场新的工业革命正在全世界波澜壮阔地展开,这场革命的原动力是科学与技术,而推动这场革命的直接动力则是世界市场的竞争。随着世界市场的发展,竞争变得愈来愈激烈,并推动着整个社会飞速前进,由此也给企业造成严酷的生存环境。企业如何适应快速变化的世界市场的需求,不断快速开发高质量、低成本的新产品,在竞争中寻求生存和发展,就成为企业共同追求的目标。在今天,谁能把握住市场竞争的动向,谁就能适应当前世界经济发展的趋势,取得经济发展的主动权。在相当长一个历史时期内,一种产品一旦上市,它的设计或式样就是公开的,技术水平也无法保密;后来随着技术的进步,产品结构变得稍为复杂一些,但由于当时产品的生命周期很长,设计及开发费用不占成本的主要份额。一般说一种适销对路的产品很多厂都能生产,因此市场竞争主要是围绕降低成本,特别是降低劳动力成本而展开的。于是刚性大规模生产线就应运而生了。它极大地提高了劳动生产率,大幅度降低了成本。以汽车为例,它的价格不到10年几乎降低到了仅为原来的1/8。进入70年代以后,随着电子信技术的发展,特别是超大规模电路的出现,以及各种工艺技术及装备的进步和自动化技术的发展,劳动力费用已不是成本的主要因素。降低成本的焦点开始转到如何提高企业整体效率及效益方面,如:采用准时生产制(JIT),压缩在制品,压缩库存,减少流动资金,提高资金周转率,进行均衡生产;采用精良生产原则,去掉一切不产生价值的环节;引进自动化装备及系统,进一步提高劳动生产率、管理及生产水平;实现全面质量管理(TQM),提高质量等;另外,增强新产品开发能力,也开始为人们所注意。80年代以来,用户对产品的需求越来越多样化,竞争对手不断增加,工厂的一切活动开始转到以满足用户要求为核心内容的竞争,改进T、Q、C、S已成为企业赢得竞争的主要手段(T:按合同及时交货或新产品上市时间;Q:质量;C:成本;S:售前咨询服务及售后维护、升值服务)。在这一时期内,相应的各种计算机辅助工具和高效的柔性生产设备的发展也非常迅速。计算机辅助工具,如:OE/SA客户订单管理及销售分析,MPS主生产计划编排,MPR1材料需求规划,MPR11制造资源规划,PM维修规划,TQP全面质量控制,CAD计算机辅助设计,CAE计算机辅助工程, CAPP计算机辅助工艺规划,CAM计算机辅助加工等;各种柔性高效的生产设备,如:DNC直接数控、分布式数控,CNC计算机数控,FMC柔性制造单元,FMS柔性制造系统,AMH自动材料运输系统,FAS-柔性装配系统等等。此外,全面提高企业经营生产的效率及效益的计算机集成制造系统(CIMS)也得到了全面推广,并成为赢得竞争的主要手段。与70年代相比,80年代有了有力可靠的工具计算机,可以更有效地实现系统集成与优化。90年代以来,世界进入了信息时代,技术的发展越来越快。如何利用这些技术提供的良好条件,抓住用户心理、愿望及要求,加速新产品的构思及概念的形成,并以最短时间开发出高质量及用户所能接受的价格的“新”产品,就成为市场竞争的新焦点,也就是说要求企业以批量生产的时间和成本去生产具有个性化(客户化)的产品,这就是敏捷制造的生产模式。2敏捷制造的背景 20世纪9O年代，信息技术突飞猛进，信息化的浪潮汹涌而来，许多国家制订了旨在提高自己国家在未来世界中的竞争地位、培养竞争优势的先进的制造计划。在这一浪潮中，美国走在了世界的前列，给美国制造业改变生产方式提供了强有力的支持，美国想凭借这一优势重造在制造领域的领先地位。在这种背景下，一种面向对世纪的新型生产方式敏捷制造（Agile Manufacturing）的设想诞生了。 敏捷制造是美国国防部为了指定21世纪制造业发展而支持的一项研究计划。该计划始于1991年，有100多家公司参加，由通用汽车公司、波音公司、IBM、德州仪器公司、ATT、摩托罗拉等15家著名大公司和国防部代表共20人组成了核心研究队伍。此项研究历时三年，于1994年底提出了21世纪制造企业战略。在这份报告中，提出了既能体现国防部与工业界各自的特殊利益，又能获取他们共同利益的一种新的生产方式，即敏捷制造。 敏捷制造是在具有创新精神的组织和管理结构、先进制造技术（以信息技术和柔性智能技术为主导）、有技术有知识的管理人员三大类资源支柱支撑下得以实施的，也就是柔性生产 技术、有技术有知识的劳动力与能够促进企业内部和企业之间合作的灵活管理集中在一起，通过所建立的共同基础结构，对迅速改变的市场需求和市场进度作出快速响应。敏捷制造比起其它制造方式具有更灵敏、更快捷的反应能力。3 敏捷制造的内涵“敏捷制造”是1991年美国亚柯卡(Iacocca)研究所主持的21世纪发展战略讨论会,历时半年形成的一份著名报告中总结经济发展现状、展示未来而提出来的一种先进制造技术,敏捷制造研究首先在美国开展。实际上,在“敏捷制造”这一概念提出之前,日本已有了敏捷制造的雏形。日本制造业的振兴与发展并逐渐占有很多市场,这给美国企业界施加了很大压力。美国企业界在分析总结日本制造业的成功因素后,提出敏捷制造的概念。可见,敏捷制造起源于日本,诞生于美国,同时也说明敏捷制造先有成果后有理论,这与其它制造模式是不同的。敏捷制造体系可以认为主要有2个实际内涵:虚拟企业(Virtual Enterprise)和虚拟开发(Virtual Development)。3.1虚拟企业具有较大优势的某一企业经过市场的调查研究后完成某一产品的概念设计,然后组织其它具有某些设计制造优势的企业组成动态联盟,快速完成产品的设计加工,抢占市场。我们称这个具有优势的企业为盟主,其它联盟企业为盟友。各联盟企业间通过现代通信技术相互联系,由盟主协调工作,实现同地或异地设计制造过程3.2虚拟开发一个产品的生命周期主要包括概念设计、结构设计、制造装配、使用等各方面。各因素之间的相互关系比较复杂,且相互影响。要想加快开发速度,就必须借助现代化的计算机设备构成一个虚拟开发环境(见图1)。虚拟开发环境应包括以下内容:(a).虚拟设计虚拟设计应充分利用现有的CAD设计软件、基于特征设计的设计平台、面向制造设计(DFMDesign for Manufacturing)、面向装配设计(DFADesign forAssembly)和面向质量设计(DFQDesign for Quality)的设计思想。在虚拟设计过程中,可以充分利用虚拟制造、虚拟装配技术、决策支持系统等初步的设计方案进行虚拟加工、装配,及早发现设计上的问题。(b).虚拟制造充分利用CAPP、CAM、CS(Computer Simulation计算机仿真)、VPM(Viertual Prototype Manufac-turing虚拟原型制造)等虚拟制造技术,对产品进行虚拟制造,从制造的角度考察设计,为设计的优化提供依据,也为优化制造过程提供分析和辅助工具,达到缩短开发周期、实现敏捷制造的目的。(c).虚拟装配部件设计得再好,加工再精良,如果难以完成装配,将难以实现产品开发的目的,会直接影响产品开发的敏捷度。(d).决策支持系统由于机械产品的复杂性和设计加工的难度,要求在产品的生产全过程充分利用人类制造领域的成功经验和先进的知识,在决策支持系统DSS(Decision Support System)的帮助下完成产品的设计开发过程。这对减少产品开发的风险、降低技术人员的劳动强度、缩短产品开发周期都具有重要意义。可以利用图1所示的由计算机网络来完成产品的设计开发过程。同时,在产品设计开发的全过程中,要充分贯彻并行工程的哲理思想,把串行开发改为并行开发过程。4 敏捷制造的发展现状敏捷制造在世界发展的现状,可以这样认为:敏捷制造是在“竞争-合作-协同”机制作用下,提高企敏捷制造目前尚无统一、公认的定义,但根据公开发表的文献报道以及敏捷业竞争能力,实现对市场需求作出灵活快速反应的一种制造生产新模式,是指企业采用现代通信技术,以敏捷动态优化的形式组织新产品开发,通过动态联盟(又称虚拟企业)、先进柔性生产技术和高素质人员的全面集成,迅速响应客户需求,及时交付新产品并投放市场,从而赢得竞争优势。敏捷制造的内涵是企业通过与市场/用户、合作伙伴在更大范围、更高程度上的集成,来最大限度地满足市场/用户的需求,适应竞争,获取长期的经济效益, 成本扩张的压力,如图2所示。敏捷制造在市场/用户、企业能力和合作伙伴这三个方面具有以下特点: （1）敏捷制造思想的出发点是基于对产品和市场的综合分析,首先考虑的问题包括:(a)市场/用户是谁?(b)市场/用户的需求是什么?(c)企业对市场做出快速响应是否值得?(d)如果企业做出快速响应,能否获取利益?因此,敏捷制造的战略着眼点在于快速响应市场/用户的需求,使产品设计、开发、生产等各项工作并行进行,不断改进老产品,迅速设计和制造能灵活改变结构的高质量的新产品,以满足市场/用户不断提高的要求。（2）企业实施敏捷制造必须不断提高企业能力,实现技术、管理和人员的全面、协调集成,其敏捷性体现在以下几个方面:企业的应变能力;先进制造技术;企业信息网;信息技术。其中最关键的因素是企业的应变能力,衡量企业的应变能力需要综合考虑市场响应速度、质量和成本,是企业在市场中生存和领先能力的综合表现。敏捷企业在纷繁复杂的商务环境中具有极强的应变能力,能够以最快的速度、最好的质量和最低的成本,迅速、灵活地响应市场/用户需求,从而赢得竞争。（3）敏捷制造强调“竞争-合作/协同”,采用灵活多变的动态组织结构,改变了过去以固定专业部门为基础的静态不变的组织结构,以最快的速度从企业内部某些部门和企业外部不同公司中选出设计、制造该产品的优势部分,组成一个单一的经营实体。在这种竞争-合作/协同的前提下,企业需要考虑的问题包括:有哪些企业能成为合作伙伴?怎样对合作伙伴进行选择?选择一家还是多家合作伙伴?采取何种合作方式?合作伙伴是否愿意共享数据和信息?合作伙伴是否愿意持续不断地改进?这一单一的经营实体在完成所承接的产品或项目后即行解体,实体的参与人员立即各自转入其他项目。图2敏捷制造概念示意图自1991年美国在21世纪制造企业发展战略报告中提出敏捷制造的概念后,敏捷制造在世界范围内引起了强烈的反响,受到各国政府及工业界的广泛重视。敏捷制造和国际上的许多研究计划,如STEP、CALS、IMS等有着密切的关系,正逐步成为一项国际性的研究计划。可以说,敏捷制造是一种全新的制造组织模式,代表着下一世纪制造业的发展方向。1992年,由美国国防部高级研究计划局(ARPA,Advanced Research Projects Agen-cy)和美国国家自然科学基金会(NSF)投资500万美元,组建了敏捷制造企业协会(AMEF, Agile Manufacturing EnterpriseForum),现为敏捷化协会(Agility Forum)。该协会组织进行有关敏捷制造理论和实践的探讨,每年召开一次有关敏捷制造的国际会议。目前大约有250个公司和组织参加了该协会的有关工作。1992年,美国还开展了敏捷制造技术项目(TEAM,Technologies EnablingAgile Manufacturing)的研究活动。参加该项目的有包括国防部、NSF、劳伦斯利弗莫尔国家实验室、橡树岭制造技术中心等政府机构在内的75家以上的研究所、公司和工业集团(包括先进敏捷制造技术的提供者和最终用户),其目的在于集中工业资源、政府实验室和国防产品生产厂的力量,研究先进敏捷制造技术。到目前为止,有25家以上企业在进行TEAM项目的技术研究活动。1993年,ARPA和NSF又投资1 500万美元支持敏捷制造实验项目,有选择性地资助了3个学校的先进制造技术研究所(AMRI-Advanced Manufacturing Research Institute),即纽约州的Rensselaer Polytechnic Institute的电子AMRI、依利诺大学的机床AMRI和德克萨斯大学的自动化机器人AMRI,支持它们进行敏捷制造方面的活动,分别研究电子工业、机床工业、航天和国防工业中的敏捷制造问题。此外, ARPA还配套支持了工业界进行的7项敏捷化商务实践、4项敏捷企业决策支持研究、8项敏捷化智能设计与制造系统和10项敏捷供应链管理系统。从1994年开始由AMEF牵头开展了“最佳敏捷实践参考基础”研究,有近百家公司和大学研究机构分别就敏捷制造的六个领域,其中包括集成产品与过程开发/并行工程、人员问题、动态联盟、信息与控制、过程与设备、法律问题等进行了研究与实践相结合的深入工作。目前,美国已有上百家公司和企业在进行敏捷制造的实践活动。 随着对敏捷制造哲理研究的日趋深入,美国一些大公司应用敏捷制造哲理取得了显著成绩。例如,德克萨斯设备防御系统和电子集团(DSEG)在对其捕鲸叉(Harpoon)导弹工厂的管理中,参照敏捷制造的一些哲理,采用了灵活多变的动态组织结构。它改变了传统的按装配、测试、质量控制等功能布置工厂的方式,按照多任务、自导向工作组的原则组成工作单元,使每个工作单元拥有它所需要的资源,缩短产品流动的距离,从而将装配的线性传递距离减少70%,并简化了运储设备的复杂性。又如IBM公司也将快速响应市场、满足市场/用户需求作为企业的根本出发点,用户只需通过电话或电子邮件订货就可获得满意的商品。IBM公司在一条有40多名工人的生产线上,可同时生产27种产品,而且每种品因用户特殊要求而异。用户的订货数据输入电脑数据库,机器人或专职工人根据电脑数据挑选部件,然后通过传送带送往组装站。组装工人按电脑屏幕指示的步骤组装,然后由包装工人包装启运,第二天产品就出现在用户面前。目前,敏捷制造已具备了一定的实践基础和雏形,典型行业敏捷制造的应用示范正在进行中。90年代,日本提出一个名为“智能制造系统(IMS, Intelligent Manufacturing Sys-tem)”的国际性研究计划,在完成了可行性分析并确定组织结构后,于1995年正式起动。IMS计划中有两个项目与敏捷制造有关,一个是自治和分布制造系统,另一个是较为长期的自治和分布制造系统,其副标题为生物制造系统。自治和分布制造系统重点在于系统集成技术和自治模块化结构的研究,强调系统应由可重复使用模块快速组成,当某一个模块被修改或置换时,不影响其他模块以及整个系统的正常运行,这一系统体现出了敏捷的特性。国际上与敏捷制造相关的活动 90年代日本提出一个名为“智能制造系统(IMs一IntelligentManufac system)”的国际性研究计划，在完成了可行性分析并确定组织结构后于1995年正式起动。IMS计划中有两个项目与敏捷制造有关，一个是自治和分布制造系统，另一个是较为长期的自治和分布制造系统，其副标题为生物制造系统。自治和分布制造系统重点在于系统集成技术和自治模块化结构的研究，强调系统应由可重用模块快速组成，当某一个模块被修改或置换时不影响其他模块以及整个系统的正常运行，这一系统体现出了敏捷的特性.IMS的研究项目中涉及敏捷制造的还有新一代制造系统(NGMs一NextGene顽onM明吐助函鹅systeln)等。德国、法国和英国均参加了一项主题为“未来的工厂”的尤里卡项目，为实施敏捷制造进行基础性研究工作，其着眼点是大多数企业相信未来他们会有重要的差别:德国对未来制造业开展了一些工作，如“21世纪制造业战略”等，许勒惠勒(HULLERHILLE)有限公司在敏捷制造系统方面还做出了开创性的工作。许勒惠勒公司是一家应用数控铣床、CNC加工中心及组合机床与自动线来加工箱体件的公司，拥有单件和大批量加工箱体件及盘形回转体件的成套技术。该公司用模块式结构的新加工单元SPECHT(“啄木鸟”)取代了自动线中无柔性的多轴组合机床。SPEcHT加工单元的进给和加工速度可达40m/min，所有直线坐标轴的加速度为10m/52，而使用传统的导轨的设计结构即使减轻许多质量也无法达到这样的指标，其作用主要表现在以下几个方面:在生产线中作为柔性加工单元作为带回转工作台及托盘转换装置的加工中心与自动装卸工件或托盘的输送装置相联接，可作为柔性制造系统或敏捷制造系统中的单元借助于其他附加设备可扩大其应用范围，如装备长的工具来对大工件进行加工由此可以看出，这种模块式结构的新型加工单元充分体现了制造的敏捷性。英国在两篇报告中提出了“敏捷”的目标，一篇是RSA的“明天的公司”(重点在于人力资源)，一篇是关于制造前景的报告。目前欧洲正在酝酿成立敏捷化协会，可能在多个国家设点，敏捷制造已在全球范围内受到广泛重视。表1敏捷制造的典型应用5敏捷制造的关键因素及关键技术敏捷制造主要包括三个要素，生产技术，组织方式，管理手段。 敏捷制造的目的可概括为：“将柔性生产技术，有技术、有知识的劳动力与能够促进企业内部和企业之间合作的灵活管理（三要素）集成在一起，通过所建立的共同基础结构，对迅速改变的市场需求和市场实际做出快速响应”。从这一目标中可以看出，敏捷制造实际上主要包括三个要素：生产技术、管理和人力资源。 5.1敏捷制造的生产技术 敏捷性是通过将技术、管理和人员三种资源集成为一个协调的、相互关联的系统来实现的。首先，具有高度柔性的生产设备是创建敏捷制造企业的必要条件（但不是充分条件）。所必需的生产技术在设备上的具体体现是：由可改变结构、可量测的模块化制造单元构成的可编程的柔性机床组；“智能”制造过程控制装置；用传感器、采样器、分析仪与智能诊断软件相配合，对制造过程进行闭环监视，等等。 其次，在产品开发和制造过程中，能运用计算机能力和制造过程的知识基础，用数字计算方法设计复杂产品；可靠地模拟产品的特性和状态，精确地模拟产品制造过程。各项工作是同时进行的，而不是按顺序进行的。同时开发新产品，编制生产工艺规程，进行产品销售。设计工作不仅属于工程领域，也不只是工程与制造的结合。从用材料制造成品到产品最终报废的整个产品生命周期内，每一个阶段的代表都要参加产品设计。技术在缩短新产品的开发与生产周期上可充分发挥作用。 再次，敏捷制造企业是一种高度集成的组织。信息在制造、工程、市场研究、采购、财务、仓储、销售、研究等部门之间连续地流动，而且还要在敏捷制造企业与其供应厂家之间连续流动。在敏捷制造系统中，用户和供应厂家在产品设计和开发中都应起到积极作用。每一个产品都可能要使用具有高度交互性的网络。同一家公司的、在实际上分散、在组织上分离的人员可以彼此合作，并且可以与其他公司的人员合作。 最后，把企业中分散的各个部门集中在一起，靠的是严密的通用数据交换标准、坚固的“组件”（许多人能够同时使用同一文件的软件）、宽带通信信道（传递需要交换的大量信息）。把所有这些技术综合到现有的企业集成软件和硬件中去，这标志着敏捷制造时代的开始。敏捷制造企业将普遍使用可靠的集成技术，进行可靠的、不中断系统运行的大规模软件的更换，这些都将成为正常现象。 5.2敏捷制造的管理技术 首先，敏捷制造在管理上所提出的最创新思想之一是“虚拟公司”。敏捷制造认为，新产品投放市场的速度是当今最重要的竞争优势。推出新产品最快的办法是利用不同公司的资源，使分布在不同公司内的人力资源和物资资源能随意互换，然后把它们综合成单一的靠电子手段联系的经营实体-虚拟公司，以完成特定的任务。也就是说，虚拟公司就像专门完成特定计划的一家公司一样，只要市场机会存在，虚拟公司就存在；该计划完成了，市场机会消失了，虚拟公司就解体。能够经常形成虚拟公司的能力将成为企业一种强有力的竞争武器。 只要能把分布在不同地方的企业资源集中起来，敏捷制造企业就能随时构成虚拟公司。在美国，虚拟公司将运用国家工业网络-全美工厂网络，把综合性工业数据库与服务结合起来，以便能够使公司集团创建并运作虚拟公司，排除多企业合作和建立标准合法模型的法律障碍。这样，组件虚拟公司就像成立一个公司那样简单。 有些公司总觉得独立生产比合作要好，这种观念必须要破除。应当把克服与其他公司合作的组织障碍作为首要任务，而不是作为最后任务。此外，需要解决因为合作而产生的知识产权问题，需要开发管理公司、调动人员工作主动性的技术，寻找建立与管理项目组的方法，以及建立衡量项目组绩效的标准，这些都是艰巨任务。 其次，敏捷制造企业应具有组织上的柔性。因为，先进工业产品及服务的激烈竞争环境已经开始形成，越来越多的产品要投入瞬息万变的世界市场上去参与竞争。产品的设计、制造、分配、服务将用分布在世界各地的资源（公司、人才、设备、物料等）来完成。制造公司日益需要满足各个地区的客观条件。这些客观条件不仅反映社会、政治和经济价值，而且还反映人们对环境安全、能源供应能力等问题的关心。在这种环境中，采用传统的纵向集成形式，企图“关起门来”什么都自己做，是注定要失败的，必须采用具有高度柔性的动态组织结构。根据工作任务的不同，有是可以采取内部多功能团队形式，请供应者和用户参加团队；有时可以采用与其他公司合作的形式；有时可以采取虚拟公司形式。有效地运用这些手段，就能充分利用公司的资源。 5.3敏捷制造的人力资源 敏捷制造在人力资源上的基本思想是，在动态竞争的环境中，关键的因素是人员。柔性生产技术和柔性管理要使敏捷制造企业的人员能够实现他们自己提出的发明和合理化建议。没有一个一成不变的原则来指导此类企业的运行。唯一可行的长期指导原则，是提供必要的物质资源和组织资源，支持人员的创造性和主动性。 在敏捷制造时代，产品和服务的不断创新和发展，制造过程的不断改进，是竞争优势的同义语。敏捷制造企业能够最大限度地发挥人的主动性。有知识的人员是敏捷制造企业中唯一最宝贵的财富。因此，不断对人员进行教育，不断提高人员素质，是企业管理层应该积极支持的一项长期投资。每一个雇员消化吸收信息、对信息中提出的可能性做出创造性响应的能力越强，企业可能取得的成功就越大。对于管理人员和生产线上具有技术专长的工人都是如此。科学家和工程师参加战略规划和业务活动，对敏捷制造企业来说是带决定性的因素。在制造过程的科技知识与产品研究开发的各个阶段，工程专家的协作是一种重要资源。 敏捷制造企业中的每一个人都应该认识到柔性可以使企业转变为一种通用工具，这种工具的应用仅仅取决于人们对于使用这种工具进行工作的想象力。大规模生产企业的生产设施是专用的，因此，这类企业是一种专用工具。与此相反，敏捷制造企业是连续发展的制造系统，该系统的能力仅受人员的想象力、创造性和技能的限制，而不受设备限制。敏捷制造企业的特性支配着它在人员管理上所持有的、完全不同于大量生产企业的态度。管理者与雇员之间的敌对关系是不能容忍的，这种敌对关系限制了雇员接触有关企业运行状态的信息。信息必须完全公开，管理者与雇员之间必须建立相互信赖的关系。工作场所不仅要完全，而且对在企业的每一个层次上从事脑力创造性活动的人员都要有一定的吸引力。 虽然说敏捷性的提高本身并不依赖于高技术或者高投入。但适当的技术和先进的管理能使企业的敏捷性达到一个新的高度。必须指出的是我们这里讲的技术仍然是围绕敏捷性的提高来讲的。从敏捷制造的发展状况可以看出,企业实施敏捷制造需要满足以下要求:一是企业从上到下都明确认识快速响应市场/用户需求的重要性,并能通过信息网络对变化的环境快速响应;二是企业拥有先进的制造技术,能够迅速设计、制造新产品,缩短产品上市时间,降低成本;三是企业的每个部门、每个员工都具有一定的敏捷性,都愿意并善于与别人合作;四是企业能够最大限度地调动、发挥人的作用,并使员工的素质和创新能力不断提高。因此,从众多企业根据自身情况不断提高敏捷性、向敏捷制造迈进的实践中,我们可以概括出敏捷制造中一些关键因素及关键技术。(1)企业信息网。随着全球通信技术的飞速发展,信息已日益成为企业成功最重要的因素之一。企业信息网的建立及管理和交流各种与企业有关的信息,是敏捷制造的支持环境。建立了畅通的企业信息网,企业就能够做到:迅速明确竞争环境,响应市场/用户需求;通过网络实现异地设计、支持并行的产品开发,并且利用信息技术持续不断地为用户提供有关产品的各种信息和服务,使用户在整个产品寿命周期内对所购买的产品满意;在不同企业间实现信息交换和共享,同时,各企业的有关经营特点、资源情况、设备能力等信息上网,还有利于企业在“竞争-合作/协同”的前提下异地选择合作伙伴, 赢得竞争优势。因此,企业信息网是企业实施敏捷制造最基础的基础结构,其他的基础结构都是通过信息授权来运作的。企业信息网主要由企业内管理信息系统(MIS, Manage-ment Information System)和企业外信息集成系统两部分组成。在实施敏捷制造的过程中,企业内MIS是影响企业信息网最重要的因素。MIS的主要功能包括:信息处理(收集、传输、加工、查询各种与企业有关的信息,并进行快速处理)、事务管理、(经营计划管理、物料管理、生产管理、财务管理、人力资源管理、质量管理等)和辅助决策(对现有信息进行分析、预测,提供决策支持)。(2)拟实制造。拟实制造(VM VirtualManufacturing)又称虚拟制造,是一种在计算机环境下将现实制造系统映射为虚拟制造系统,并保持结构相似性、功能一致性、组织柔性、集成化、信息化和可视化的技术。拟实制造综合运用仿真、建模、虚拟现实等技术,在三维可视交互环境下,对产品从概念产生、设计到制造全过程乃至生产设备引进、车间布局等各个方面进行全方位的动态模拟实现。其目的是在产品设计阶段实时、并行地模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响,预测产品的功能和可制造性,全面确定产品设计和生产全过程的合理性,最终获取产品的最优实现方法。拟实制造的具体实施方式是,由从事产品设计、分析、仿真、制造和支持等方面的人员组成“虚拟”产品设计小组,通过网络合作并行工作,完全在计算机上建立产品数字模型,并在计算机上对这一模型产品的形式、配合和功能进行评审、修改,这样常常只需制作一次最终的实物原型,并可使新产品开发一次获得成功。拟实制造不是用常规、固定的参数,而是根据尽可能接近实际生产过程的参数来更精确地评估生产成本,并进行可靠的调整,从而大大改进了管理人员的决策效率,减少了风险,给企业带来了巨大的效益,其主要优点有: 提供了关键的设计和管理决策对生产成本、周期和能力的影响信息,使管理人员能够妥善处理产品性能与制造成本、生产进度和风险之间的平衡,作出正确的决策; 提高生产过程开发的效率,可以按照产品的特点优化生产系统的设计,使工厂和车间的设计与布局更合理,从而更有效更灵活地组织生产; 可以根据用户的要求修改产品设计,及时作出报价和保证交货期,达到产品设计质量的最优化和生产效率的最高化; 在实际生产前验证生产方案,改进生产柔性,降低固定成本,节约新产品开发的投资,达到成本的最小化; 综合利用生产计划的仿真、优化资源,大大缩短产品生产周期,尽快响应市场,使企业具有柔性和敏捷性。拟实制造是国际上刚刚提出的全新的概念,其理论基础与体系尚未完全形成,正处在研究探索阶段。对于这类由多学科知识交叉、多种高新技术融合形成的综合系统技术,需要研究的关键技术很多,这些关键技术大多都为计算机集成制造系统(CIMS)、并行工程中的基础或关键技术,在敏捷制造的理念下具有更重要的作用,其中主要的关键技术有建模与仿真技术、面向对象数据库、虚拟原型系统技术和虚拟环境下系统全局最优决策理论与技术。(3)动态联盟。动态联盟(Virtual Orga-nization)又称虚拟企业,是面向产品经营过程的一种动态组织结构和企业群体集成方式。其含义是指企业群体为了赢得某一机遇性市场竞争,把一复杂产品迅速开发生产出来并推向市场,由一个企业内部有优势的不同部分或/和有优势的不同企业按照资源、技术和人员的最优配置,快速组成一个单一的临时性的经营实体,从而迅速抓住市场机遇。动态联盟随着市场和产品的变化经常会有变化和调整,其生命周期取决于产品市场机遇,一旦所承接的产品或项目完成,机遇消失,动态联盟即行解体,各企业的人员立即转入其他项目。动态联盟的目的是使企业长期获取经济利益,敏捷制造企业采用这种既有竞争、又有合作的多变的动态组织结构,其出发点是建立在共同取胜获益的思想基础上的。动态联盟的企业之间是在竞争基础上相互信任、获取共同利益的合作关系,它打破了各种界限,通过整个合聚变扩大资源要素配置范围,形成超出自身的竞争优势。为了共同的利益,动态联盟的各成员只做自己特长的工作,把各成员的专长、知识和信息优势集中起来,有效地投入到以最短的反应时间和最小的投资为目标,满足用户需求的共同努力中去。动态联盟成员间是平等合作的伙伴关系,实行知识(产权)、技能和信息共享及资源有偿共享。动态联盟改变了传统的静态不变的组织结构,是企业实施敏捷制造的核心,其优点主要体现在以下几个方面: 企业不必通过直接壮大自己就可以在共同取胜获益的基础上快速响应市场,抓住机遇,推出价格合适的高性能产品; 提高生产能力,缩短产品上市时间,减少相关的开发工作量,降低成本; 解决新产品的生产规模和市场开拓规模的矛盾,把风险降到最低,实现随着订单的增长同步扩大生产规模; 改变过去金字塔式的多级管理,把更多的决策权下放到项目组, 使项目组能根据实际情况迅速地做出正确决策,满足竞争对企业反映速度和能力的要求; 可兼容企业间的竞争和合作,保存竞争的活力,又避免过度的竞争; 能够充分利用社会现有存量资金,发展新产业,特别是发展高新技术产业。动态联盟的建立不仅要适应市场的变化和新产品的经营机遇,还要面向产品的经营过程组织起跨国家的多企业间的动态机构,是一项比较复杂的工作。实现动态联盟的步骤包括以下五点:明确经营机遇,初步提出动态联盟目标和实施战略;定义新产品经营过程和动态联盟模型,分析企业核心能力;通过评估确定能够提供经营过程能力的伙伴;仿真经营过程,确定动态联盟的最佳结构,利用经营过程模型对选好的合作伙伴参与动态联盟活动的性能和能力进行仿真,从而确定动态联盟的最佳构成方案,以及各伙伴公司的集成方式和作用;定义经营过程与活动的性能评测方法,建立一致的风险/奖励机制。图3所示为一个跨国虚拟企业的结构。虚拟企业的特点是:功能的虚拟化、组织的虚拟化和地域的虚拟化。图3一个跨国虚拟企业的结构(4)敏捷型劳动力。敏捷制造的一个显著特征就是以其对机会的迅速反应能力来参与激烈的市场竞争,这不仅是无思想的计算机所不能担负的工作,而且也不是思想僵化、被动接受指令的职工或一般模式中偏重于技术的工程师们所能应付得了的,它需要具有“创造性思维”的全面发展的敏捷型劳动力才能够胜任。敏捷型劳动力的特征如表2所列。拥有敏捷型劳动力的企业,与拥有普通劳动力的企业相比,具有以下明显的优势: 敏捷型劳动力能够充分发挥主动性和创造性,积极有效地掌握信息和新技术; 敏捷型劳动力反应迅速灵活,能快速地从一个项目转换到另一个项目; 敏捷型劳动力得到授权后,能自己组织和管理项目,在各个层次上做出适当的决策;敏捷型劳动力具协作精神,在动态联盟中能与各种人员保持良好的合作关系。一个具有敏捷性的企业应该拥有能够准确评价新技术、新方法并能快速掌握它们的敏捷型劳动力,而一个人对新技术、新事物评价的客观性和正确性取决于他的知识,对新事物接受和对新技术的掌握能力也取决于他的知识,因此,不断进行每个员工的培训和再教育就成为企业保持和提高竞争能力的重要手段。同时,企业的组织结构应该是扁平的,能形成多功能小组和清晰的垂直管理关系,为敏捷型劳动力提供有效的支持结构和管理方法以及教育、培训环境。培训只是作为敏捷型劳动力的第一步,要成为真正的敏捷型劳动力,还必须以敏捷型企业文化作为相应的外部条件,通过适当的途径和有效的组织,使敏捷型劳动力的才能得以充分发挥。表2 敏捷型劳动力的特征6敏捷制造的特点 6.1从产品开发到产品生产周期的全过程满足要求 敏捷制造采用柔性化、模块化的产品设计方法和可重组的工艺设备，使产品的功能和性能可根据用户的具体需要进行改变，并借助仿真技术可让用户很方便地参与设计，从而很快地生产出满足用户需要的产品。它对产品质量的概念是，保证在整个产品生产周期内达到用户满意；企业的质量跟踪将持续到产品报废，甚至直到产品的更新换代。 6.2采用多变的动态组织结构 21世纪衡量竞争优势的准则在于企业对市场反应的速度和满足用户的能力。而要提高这种速度和能力，必须以最快的速度把企业内部的优势和企业外部不同公司的优势集中在一起，组成为灵活的经营实体，即虚拟公司。 所谓虚拟公司，是一种利用信息技术打破时空阻隔的新型企业组织形式。它一般是某个企业为完成一定任务项目而与供货商、销售商、设计单位或设计师，甚至与用户所组成的企业联合体。选择这些合作伙伴的依据是他们的专长、竞争能力和商誉。这样，虚拟公司能把与任务项目有关的各领域的精华力量集中起来，形成单个公司所无法比拟的绝对优势。当既定任务一旦完成，公司即行解体。当出现新的市场机会时，再重新组建新的虚拟公司。 虚拟公司这种动态组织结构，大大缩短了产品上市时间，加速产品的改进发展，使产品质量不断提高，也能大大降低公司开支，增加收益。虚拟公司已被认为是企业重新建造自己生产经营过程的一个步骤，预计10年到20年以后，虚拟公司的数目会急剧增加。 6.3战略着眼点在于长期获取经济效益 传统的大批量生产企业，其竞争优势在于规模生产，即依靠大量生产同一产品，减少每个产品所分摊的制造费用和人工费用，来降低产品的成本。敏捷制造是采用先进制造技术和具有高度柔性的设备进行生产，这些具有高柔性、可重组的设备可用于多种产品，不需要像大批量生产那样要求在短期内回收专用设备及工本等费用。而且变换容易，可在一段较长的时间内获取经济效益，所以它可以使生产成本与批量无关，做到完全按订单生产，充分把握市场中的每一个获利时机，使企业长期获取经济效益。 6.4建立新型的标准基础结构，实现技术、管理和人的集成 敏捷制造企业需要充分利用分布在各地的各种资源，要把这些资源集中在一起，以及把企业中的生产技术、管理和人集成到一个相互协调的系统中。为此，必须建立新的标准结构来支持这一集成。这些标准结构包括大范围的通讯基础结构、信息交换标准等的硬件和软件。 6.5最大限度地调动、发挥人的作用 敏捷制造提倡以“人”为中心的管理。强调用分散决策代替集中控制，用协商机制代替递阶控制机制。它的基础组织是“多学科群体”（Multi- Decision Team），是以任务为中心的一种动态组合。也就是把权力下放到项目组，提倡“基于统观全局的管理”模式，要求各个项目组都能了解全局的远景，胸怀企业全局，明确工作目标和任务的时间要求，但完成任务的中间过程则由项目组自主决定。以次来发挥人的主动性和积极性。 显然，敏捷制造方式把企业的生产与管理的集成提高到一个更高的发展阶段。它把有关生产过程的各种功能和信息集成扩展到企业与企业之间的不同系统的集成。当然，这种集成将在很大程度上依赖于国家和全球信息基础设施。 7对社会的影响 1、竞争是推动社会前进的动力，但过度竞争造成人力与资源的极大浪费。当今竞争的前期合作，已成为各大公司解决某项关键技术时常用的手段。随着产品越来越复杂，在抢先进入市场的竞争下，任何一个企业再也没有可能在较短的时间内，制造一个产品的全部，甚至独立完成一个产品的全部设计，因此敏捷制造将从根本上改变工业竞争的内容和意义。为了达到快速响应市场的机遇，在敏捷制造企业间竞争对手、合作方、供货方、买方的关系是随着项目经常变化的，将使得竞争和合作二者变得兼容。 2、敏捷制造企业除了抓住市场机遇外，重要的是如何千方百计加大科研开发的投入，增强创新能力，扩大创新队伍，例如：ATT每年科研开发的投入为总产值的17，1994年该公司的总产值超过1000亿美元；IBM公司多年来，科研开发的投入保持在总产值的 10；日立公司也基本保持在10，这样为了竞争大大加大科技的投入，必将大大推动科技的发展，加速社会各方面的进步。 3、未来敏捷制造企业对员工素质的要求将大大推动教育的发展。由于未来对科技和教育的投入将大幅度地、不断地增大，这一切将把人类的文明以空前的速度推向新的高潮。 4、但近几年的实践证明，作为提供给最终用户的产品变化快，但作为构成产品的部件相对变化较慢，以小轿车为例，外形年年变，但发动机则若干年才变，而且变化往往是改进性的渐变。因此，当前社会的生产结构正在进行重大的改组，即部件厂和整机厂的分工，部件厂的专业化程度越来越高，部件厂和整机厂，在风险和利润中取得某种平衡，即部件厂风险低，利润小；而整机厂风险大，利润高。这种专业化的再分工，在统一的标准和规范下越来越细，例如：电子计算机就是一例，从显示器、芯片、CPU板、电子元器件、插接件、软盘、光驱等都是由专业厂生产的；ABB的工业机器人生产厂，已经没有一台加工机床，只有较大的设计开发部门、及遍布全世界的总装厂和销售服务中心，所有电子及机械部件都以合同方式由外协厂进行；这样的例子不胜枚举。显然全能型的企业今后将逐渐在竞争中被这些高效的整机厂和部件厂所替代。 8发展趋势和应用前景实施敏捷制造的过程是制造业在现有基础上不断提高的平滑转变过程,而对敏捷制造的研究刚刚兴起,完整的理论体系尚未形成,其实施方法、手段和途径仍有待进一步探索。虽然众多企业在努力实施敏捷制造,他们确实也从某一方面或几方面着手提高其敏捷性,但迄今为止,仍有许多问题有待解决。针对这一情况,美国等国政府对敏捷制造的开发与应用给予了高度重视,资助许多研究单位开发实现敏捷制造的参考模型和支持工具,并鼓励在不同行业进行示范应用,以期在边研究、边应用的过程中积累经验,完善敏捷制造工具产品,为更多的行业、企业应用打下基础。在开发实现敏捷制造的参考模型和支持工具方面,首先要建立并完善敏捷化工程模型。其次,进一步加强经营决策工具和实验性实施设计策略开发工作。在参考敏捷化工程模型的基础上,还将进一步加强经营决策工具和实验性实施设计策略开发,以便能包含更丰富的信息和形成更成熟的标准。第三,探索企业的敏捷因素的评价准则和分析技术将受到广泛的重视。第四,进一步开发支持实施敏捷制造的各种技术和工具。在典型行业应用示范方面,由于现有的大批量生产模式与变批量、多品种生产模式之间存在很大的差距,现有的生产过程又不具备足够的柔性等各种限制因素的存在,敏捷制造示范项目仍有待探索和改进。企业一方面需要充分利用现有的制造能力和技术经验有效地改进生产过程配置,一方面需要建立企业信息网,完善各种数据库系统,同时开发先进的并行基础结构,提供协同工作中人员、工具和产品实现环境的三维集成,以促进企业集成的实现,这样才能尽快完成从当前生产方式向敏捷生产方式的转变。此外,应深入研究敏捷的概念、内涵以及实践,更好地应用于中小企业。由于敏捷制造具有资源、技术等集成优势,美国敏捷化协会的专家认为受资源限制的中小企业, 将成为应用敏捷制造的重要力量,今后敏捷的概念、内涵以及实践都将得到更深入的研究和进一步的发展,以便更好地应用于中小企业。敏捷制造思想的出发点是基于对未来产品和市场发展的分析。随着人民生活水平的不断提高,人们对产品的需求和评价